第8講高溫合金和鑄鐵

1、 由此可知，作為高溫合金材料必須具備如下的基本要求：由此可知，作為高溫合金材料必須具備如下的基本要求： （1）高的熱強性：合金在高溫下具有高的抵抗塑性變形和斷裂的能力。）高的熱強性：合金在高溫下具有高的抵抗塑性變形和斷裂的能力。 （2）高的熱穩(wěn)定性：合金在高溫下具有高的抵抗氧化和燃氣腐蝕的能力。）高的熱穩(wěn)定性：合金在高溫下具有高的抵抗氧化和燃氣腐蝕的能力。 （3）良好的工藝性能：即合金在冶煉、鑄造、鍛造、冷壓、焊接、熱處理和）良好的工藝性能：即合金在冶煉、鑄造、鍛造、冷壓、焊接、熱處理和切削加工方面具有滿意的工藝性能，便于加工成成品。切削加工方面具有滿意的工藝性能，便于加工成成品。 此外，在物

2、理性能方面也有所要求，例如高的比強度和彈性模量，大的導熱系此外，在物理性能方面也有所要求，例如高的比強度和彈性模量，大的導熱系數(shù)，小的熱膨脹系數(shù)等。數(shù)，小的熱膨脹系數(shù)等。 要完全滿足上述要求是很困難的，因此，在選材時，應根據(jù)其不同的服役條要完全滿足上述要求是很困難的，因此，在選材時，應根據(jù)其不同的服役條件，有針對性地進行合理地選用。件，有針對性地進行合理地選用。2、評定高溫合金的主要性能指標、評定高溫合金的主要性能指標 A、蠕變：、蠕變：蠕變是金屬材料在恒定應力和長時間的作用下產(chǎn)生緩慢塑性變形的蠕變是金屬材料在恒定應力和長時間的作用下產(chǎn)生緩慢塑性變形的一種現(xiàn)象。蠕變對于高溫下工作的零件具有重要

3、意義。若設計或選材不當，蠕變產(chǎn)一種現(xiàn)象。蠕變對于高溫下工作的零件具有重要意義。若設計或選材不當，蠕變產(chǎn)生的過量變形可以使零件失效和破壞。如渦輪葉片蠕變過量會與殼體碰撞產(chǎn)生事故。生的過量變形可以使零件失效和破壞。如渦輪葉片蠕變過量會與殼體碰撞產(chǎn)生事故。 蠕變現(xiàn)象可用蠕變時的變形與時間的關系曲線蠕變現(xiàn)象可用蠕變時的變形與時間的關系曲線-蠕變曲線來描述。蠕變曲線來描述。voa段段：加載后所引起的瞬時變形。如：加載后所引起的瞬時變形。如應力超過彈性極限，則瞬時變形由彈性變應力超過彈性極限，則瞬時變形由彈性變形和塑性變形組成。它不是蠕變現(xiàn)象的發(fā)形和塑性變形組成。它不是蠕變現(xiàn)象的發(fā)生，而是外載荷引起的一般

4、變形過程。生，而是外載荷引起的一般變形過程。vab段段：蠕變第一階段。該階段蠕變速：蠕變第一階段。該階段蠕變速度逐漸減小，又稱為減速蠕變階段。度逐漸減小，又稱為減速蠕變階段。vbc段段：蠕變第二階段。因該階段蠕變：蠕變第二階段。因該階段蠕變速度幾乎不變，又叫恒速蠕變階段。速度幾乎不變，又叫恒速蠕變階段。vcd段段：蠕變第三階段。該階段蠕變速：蠕變第三階段。該階段蠕變速度不斷增加直到斷裂，也叫加速蠕變階段。度不斷增加直到斷裂，也叫加速蠕變階段。 蠕變現(xiàn)象發(fā)生的原因是由于金屬原子在高溫下活動能力顯著增強，使擴蠕變現(xiàn)象發(fā)生的原因是由于金屬原子在高溫下活動能力顯著增強，使擴散過程易于進行，致使室溫下起

5、強化作用的因素逐漸減弱或完全消失。散過程易于進行，致使室溫下起強化作用的因素逐漸減弱或完全消失。如如促進回復和再結晶過程；使晶界相對移動；使過飽和固溶體分解；或使彌促進回復和再結晶過程；使晶界相對移動；使過飽和固溶體分解；或使彌散相發(fā)生聚合等。所有這些都會使金屬的形變強化、晶界強化和相變強化散相發(fā)生聚合等。所有這些都會使金屬的形變強化、晶界強化和相變強化的效果部分或全部消失。因此，金屬在高溫下隨時間延長而抵抗塑性變形的效果部分或全部消失。因此，金屬在高溫下隨時間延長而抵抗塑性變形能力顯著減弱，從而產(chǎn)生材料的蠕變。能力顯著減弱，從而產(chǎn)生材料的蠕變。 蠕變性能的評定指標蠕變性能的評定指標 蠕變極限

6、：蠕變極限： 蠕變極限是指金屬在一定溫度下、一定時間內(nèi)，產(chǎn)生一定變形量時的應蠕變極限是指金屬在一定溫度下、一定時間內(nèi)，產(chǎn)生一定變形量時的應力大小。用符號力大小。用符號 表示，右上標為溫度，右下標為變形速度。表示，右上標為溫度，右下標為變形速度。CT/% B、持久強度：、持久強度：金屬在一定溫度下，在規(guī)定時間內(nèi)合金斷裂時的應力值，用符金屬在一定溫度下，在規(guī)定時間內(nèi)合金斷裂時的應力值，用符號號 表示。表示。 有時也用持久壽命來表示有時也用持久壽命來表示：指金屬在一定溫度和應力作用下斷裂的時間，用符：指金屬在一定溫度和應力作用下斷裂的時間，用符號號 表示，單位為小時。表示，單位為小時。 C、表面熱穩(wěn)

7、定性、表面熱穩(wěn)定性 抗氧化和抗腐蝕性能抗氧化和抗腐蝕性能 高溫氧化高溫氧化是氧與合金元素作用生成各種氧化物的現(xiàn)象。一般用在一定溫度下，是氧與合金元素作用生成各種氧化物的現(xiàn)象。一般用在一定溫度下，一定時間內(nèi)，每平方米內(nèi)增重的克數(shù)來比較合金的抗氧化能力。一定時間內(nèi)，每平方米內(nèi)增重的克數(shù)來比較合金的抗氧化能力。 熱腐蝕熱腐蝕是近年來發(fā)現(xiàn)的問題。機理仍未完全弄明白。一般認為是由于燃料中的是近年來發(fā)現(xiàn)的問題。機理仍未完全弄明白。一般認為是由于燃料中的雜質(zhì)硫、釩、鈉等在高溫燃燒時，生成熔融狀態(tài)的雜質(zhì)硫、釩、鈉等在高溫燃燒時，生成熔融狀態(tài)的Na2SO4粘附于零件表面上，發(fā)粘附于零件表面上，發(fā)生復雜的反應而使

8、材料迅速破壞。生復雜的反應而使材料迅速破壞。 抗氧化和抗腐蝕性能是評定工業(yè)燃氣輪機和船用燃氣輪機材料的重要性能指抗氧化和抗腐蝕性能是評定工業(yè)燃氣輪機和船用燃氣輪機材料的重要性能指標。標。CTCT3、提高高溫合金耐熱性的途徑：、提高高溫合金耐熱性的途徑：合金耐熱性，包括熱穩(wěn)定性和熱強性兩個方面。合金耐熱性，包括熱穩(wěn)定性和熱強性兩個方面。v提高高溫合金熱穩(wěn)定性的措施：提高高溫合金熱穩(wěn)定性的措施： （1）在零件表面上加一層抗氧化的保護膜：）在零件表面上加一層抗氧化的保護膜：如滲鋁、滲鉻、滲硅或者噴上一層如滲鋁、滲鉻、滲硅或者噴上一層高強保護涂層（主要有高強保護涂層（主要有Al2O3、ZrO2、Cr2

9、O3所組成）。所組成）。 （2）提高合金基體熱穩(wěn)定性，就是在基體金屬中加入一定量的合金元素，使）提高合金基體熱穩(wěn)定性，就是在基體金屬中加入一定量的合金元素，使合金在高溫下表面形成一層致密的保護性氧化膜。合金在高溫下表面形成一層致密的保護性氧化膜。這類元素主要有鉻、鋁、硅。這類元素主要有鉻、鋁、硅。但加鋁使合金冶煉性能變壞，在熱加工和熱處理時會發(fā)生脫碳或者石墨化；加硅使但加鋁使合金冶煉性能變壞，在熱加工和熱處理時會發(fā)生脫碳或者石墨化；加硅使合金變脆，也有石墨化和脫碳問題，因此，鋁和硅不能多加。只有鉻元素不僅能夠合金變脆，也有石墨化和脫碳問題，因此，鋁和硅不能多加。只有鉻元素不僅能夠提高合金的熱穩(wěn)

10、定性，而且改善其機械性能，因此，鉻是高溫合金的主加元素。含提高合金的熱穩(wěn)定性，而且改善其機械性能，因此，鉻是高溫合金的主加元素。含鉻越高，抗氧化溫度越高。鉻越高，抗氧化溫度越高。v提高高溫合金的熱強性，就是使合金在高溫下具有阻礙蠕變過程發(fā)展的能力提高高溫合金的熱強性，就是使合金在高溫下具有阻礙蠕變過程發(fā)展的能力 （1）用高熔點金屬作為合金的基體。）用高熔點金屬作為合金的基體。高熔點金屬，原子間結合力強，高溫下不高熔點金屬，原子間結合力強，高溫下不易產(chǎn)生塑性變形，也就是抗蠕變能力強，熔點較高?？赡茏鳛楦邷睾辖鸹w的金屬易產(chǎn)生塑性變形，也就是抗蠕變能力強，熔點較高?？赡茏鳛楦邷睾辖鸹w的金屬如表如

11、表3-15所示。所示。 鈦、鈮、鉬、鎢雖然熔點較高，但鈦化學活性大，易吸收氣體而污染，目前只鈦、鈮、鉬、鎢雖然熔點較高，但鈦化學活性大，易吸收氣體而污染，目前只能使用在能使用在600以下。鈮、鉬、鎢高溫下氧化太快，加之鎢比重很大，目前都未能以下。鈮、鉬、鎢高溫下氧化太快，加之鎢比重很大，目前都未能成為實用高溫合金的基體金屬?，F(xiàn)在常用高溫合金基體金屬仍以鐵、鎳、鈷為基。成為實用高溫合金的基體金屬?，F(xiàn)在常用高溫合金基體金屬仍以鐵、鎳、鈷為基。 （2）合金化：）合金化：在基體金屬中加入適量合金元素，是提高高溫合金熱強性的最有在基體金屬中加入適量合金元素，是提高高溫合金熱強性的最有效方法，其作用機理：

12、效方法，其作用機理： 固溶強化：固溶強化：合金元素溶入基體金屬形成固溶體，引起點陣畸變，提高原子間結合金元素溶入基體金屬形成固溶體，引起點陣畸變，提高原子間結合力，使元素在固溶體中擴散能力降低，提高合金再結晶溫度，從而增強合金高溫合力，使元素在固溶體中擴散能力降低，提高合金再結晶溫度，從而增強合金高溫強度。如鐵基合金中常加入鉻、鎳、鉬、鎢等。強度。如鐵基合金中常加入鉻、鎳、鉬、鎢等。 時效沉淀強化：時效沉淀強化：加入適當合金元素形成碳化物或金屬間化合物，通過固溶時效加入適當合金元素形成碳化物或金屬間化合物，通過固溶時效處理，使過飽和固溶體脫溶，析出彌散分布第二相（碳化物或金屬間化合物），有處理

13、，使過飽和固溶體脫溶，析出彌散分布第二相（碳化物或金屬間化合物），有效阻礙位錯運動和蠕變發(fā)展，顯著提高合金高溫強度。如鎳基合金中加入鋁、鈦、效阻礙位錯運動和蠕變發(fā)展，顯著提高合金高溫強度。如鎳基合金中加入鋁、鈦、鈮等元素，形成金屬化合物鈮等元素，形成金屬化合物 相相(Nb3(Al,Ti)，其強化效果可高達，其強化效果可高達0.650.7T熔熔。 晶界強化：晶界強化：晶界在高溫下是個薄弱環(huán)節(jié)。由于在高溫和應力長時間作用下，裂晶界在高溫下是個薄弱環(huán)節(jié)。由于在高溫和應力長時間作用下，裂紋首先在晶界發(fā)生。因此，強化晶界對于高溫合金具有重要意義。在高溫合金中加紋首先在晶界發(fā)生。因此，強化晶界對于高溫合金

14、具有重要意義。在高溫合金中加入微量的某些表面活性元素如硼、鈰、鋯等，由于其內(nèi)吸附現(xiàn)象而富集于晶界，填入微量的某些表面活性元素如硼、鈰、鋯等，由于其內(nèi)吸附現(xiàn)象而富集于晶界，填補晶界空位，減少缺陷，降低蠕變過程中的晶界擴散，從而抑制了強化相在晶界聚補晶界空位，減少缺陷，降低蠕變過程中的晶界擴散，從而抑制了強化相在晶界聚集和長大；同時還能去除有害氣體和雜質(zhì)元素，使晶界強化，有效提高高溫強度。集和長大；同時還能去除有害氣體和雜質(zhì)元素，使晶界強化，有效提高高溫強度。 彌散強化：彌散強化：采用粉末冶金方法在高溫合金中加入高彌散硬質(zhì)點。這些質(zhì)采用粉末冶金方法在高溫合金中加入高彌散硬質(zhì)點。這些質(zhì)點具有高熱穩(wěn)定

15、性，與基體金屬結合牢固，但又不發(fā)生化學反應。能阻礙點具有高熱穩(wěn)定性，與基體金屬結合牢固，但又不發(fā)生化學反應。能阻礙位錯運動，降低擴散速度，有效提高合金高溫強度。例如位錯運動，降低擴散速度，有效提高合金高溫強度。例如TD-Ni合金（合金（Ni+ 2%ThO2）在）在1200時仍未發(fā)生再結晶，強化效果可達時仍未發(fā)生再結晶，強化效果可達0.80.85T熔熔。 利用鑄造合金組織的特殊分布：利用鑄造合金組織的特殊分布：鑄造高溫合金中的化合物，往往呈網(wǎng)狀鑄造高溫合金中的化合物，往往呈網(wǎng)狀或骨骼狀分布，且比較穩(wěn)定，晶粒又比較粗大，減少了晶界，能顯著提高或骨骼狀分布，且比較穩(wěn)定，晶粒又比較粗大，減少了晶界，能

16、顯著提高合金高溫強度。但鑄造合金脆性較大，多適于不受沖擊的高溫零件。合金高溫強度。但鑄造合金脆性較大，多適于不受沖擊的高溫零件。 采用定向結晶的方法使鑄件得到柱狀晶采用定向結晶的方法使鑄件得到柱狀晶：如鎳基合金鑄造的渦輪葉片，：如鎳基合金鑄造的渦輪葉片，采用定向結晶，消除垂直于主應力軸取向的晶界，有效提高了合金的高溫采用定向結晶，消除垂直于主應力軸取向的晶界，有效提高了合金的高溫強度。強度。 適當?shù)臒崽幚恚哼m當?shù)臒崽幚恚焊邷睾辖鹜ǔ２捎霉倘芴幚?，使合金元素溶入基體，充高溫合金通常采用固溶處理，使合金元素溶入基體，充分發(fā)揮固溶強化的作用。若再經(jīng)時效處理，可使碳化物或金屬化合物沉淀分發(fā)揮固溶強化的

17、作用。若再經(jīng)時效處理，可使碳化物或金屬化合物沉淀相呈彌散分布，發(fā)揮沉淀強化和晶界強化的作用。有的合金可采用二次固相呈彌散分布，發(fā)揮沉淀強化和晶界強化的作用。有的合金可采用二次固溶或者中間時效處理，以獲得適當大小的晶粒，使碳化物或金屬化合物在溶或者中間時效處理，以獲得適當大小的晶粒，使碳化物或金屬化合物在數(shù)量、大小和分布上更為有利。數(shù)量、大小和分布上更為有利。 綜上所述，提高合金的高溫強度，主要是正確地選擇合金的成分及獲綜上所述，提高合金的高溫強度，主要是正確地選擇合金的成分及獲得適當?shù)慕M織。但要充分發(fā)揮合金元素的作用以及獲得所需要的組織，很得適當?shù)慕M織。但要充分發(fā)揮合金元素的作用以及獲得所需要

18、的組織，很大程度上依賴于適當?shù)臒崽幚?。至于合金采用何種強化方式，則取決于合大程度上依賴于適當?shù)臒崽幚?。至于合金采用何種強化方式，則取決于合金的成分、零件的服役條件和對成型工藝方法的要求。金的成分、零件的服役條件和對成型工藝方法的要求。4、高溫合金的分類和編號、高溫合金的分類和編號 高溫合金按基體金屬不同分為鐵基、鎳基和鈷基高溫合金。高溫合金按基體金屬不同分為鐵基、鎳基和鈷基高溫合金。如如Fe-Ni-Cr基合基合金，金，Ni-Cr-Co基合金等。鈷基合金在國外有相當?shù)陌l(fā)展，但在我國由于資源的限基合金等。鈷基合金在國外有相當?shù)陌l(fā)展，但在我國由于資源的限制，應用較少。制，應用較少。 按生產(chǎn)工藝成型方

19、法，高溫合金則分為變形高溫合金（用于鍛造、軋制按生產(chǎn)工藝成型方法，高溫合金則分為變形高溫合金（用于鍛造、軋制成型）和鑄造高溫合金（用于精密鑄造成型）。成型）和鑄造高溫合金（用于精密鑄造成型）。 高溫合金的編號：高溫合金的編號： 變形高溫合金以拼音變形高溫合金以拼音GH+序號數(shù)字表示。如序號數(shù)字表示。如GH135表示表示135號變形高溫合金。號變形高溫合金。 鑄造高溫合金則以字母鑄造高溫合金則以字母K+序號數(shù)字表示。如序號數(shù)字表示。如K1，表示，表示1號鑄造高溫合金。號鑄造高溫合金。二、鐵基高溫合金二、鐵基高溫合金 航空產(chǎn)品，尤其是航空發(fā)動機所用的鐵基高溫合金，包括鐵基和鐵鎳基合金，航空產(chǎn)品，尤

20、其是航空發(fā)動機所用的鐵基高溫合金，包括鐵基和鐵鎳基合金，基體都是奧氏體組織。前者即奧氏體型耐熱鋼，后者含鎳量高達基體都是奧氏體組織。前者即奧氏體型耐熱鋼，后者含鎳量高達3040%，習慣上，習慣上也稱為鐵基合金。也稱為鐵基合金。 這類合金具有面心立方點陣的奧氏體基體組織，其原子間結合力較強，再結晶這類合金具有面心立方點陣的奧氏體基體組織，其原子間結合力較強，再結晶溫度較高，比以鐵素體為基體的合金耐熱性高。溫度較高，比以鐵素體為基體的合金耐熱性高。 目前我國使用的鐵基和鐵鎳基高溫合金的一些主要牌號：目前我國使用的鐵基和鐵鎳基高溫合金的一些主要牌號：GH131、GH140、GH69、GH36、GH1

21、32、GH135、GH302、K13、K14等。等。 這類合金的熱處理一般通過三個過程：固溶處理、中間處理這類合金的熱處理一般通過三個過程：固溶處理、中間處理(穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理)、時、時效處理。效處理。固溶處理的目的是使強化相溶入基體，獲得成分均勻的過飽和固溶體，并固溶處理的目的是使強化相溶入基體，獲得成分均勻的過飽和固溶體，并控制晶粒度。中間處理是在比時效溫度更高的溫度下進行，目的是改變晶界碳化物控制晶粒度。中間處理是在比時效溫度更高的溫度下進行，目的是改變晶界碳化物狀態(tài)和大小。最后的時效處理則是使強化相充分而均勻地析出。狀態(tài)和大小。最后的時效處理則是使強化相充分而均勻地析出。 如發(fā)動機

22、燃燒室采用如發(fā)動機燃燒室采用GH140合金，而渦輪輪盤則采用合金，而渦輪輪盤則采用GH135合金。合金。三、鎳基高溫合金三、鎳基高溫合金: 高溫合金中性能最好、使用最廣、品種最多的合金。高溫合金中性能最好、使用最廣、品種最多的合金。 根據(jù)生產(chǎn)工藝，分為變形合金和鑄造合金。根據(jù)生產(chǎn)工藝，分為變形合金和鑄造合金。 按強化手段不同：按強化手段不同：有固溶強化型合金如有固溶強化型合金如GH39、GH44、GH128等，在固溶處等，在固溶處理狀態(tài)使用；還有時效強化型合金如，理狀態(tài)使用；還有時效強化型合金如，GH33、GH118、GH128等。等。 鎳基合金中加入的合金元素很復雜：鎳基合金中加入的合金元素

23、很復雜：主要有固溶強化元素如主要有固溶強化元素如Ni、Cr、W、Mo、Co等；等； ( )強化相形成元素如鋁、鈦、鈮、鉬等；晶界強化元素如碳、硼、強化相形成元素如鋁、鈦、鈮、鉬等；晶界強化元素如碳、硼、鋯、稀土鈰等微量元素。鋯、稀土鈰等微量元素。 鎳基合金的熱處理與鐵鎳基合金的熱處理與鐵-鎳基合金相似，包括固溶、中間和時效處理三個過程。鎳基合金相似，包括固溶、中間和時效處理三個過程。 固溶強化類鎳基合金用來制造形狀復雜、冷壓成型、焊接成型、受力不大的、固溶強化類鎳基合金用來制造形狀復雜、冷壓成型、焊接成型、受力不大的、抗氧化能力較高的高溫零件?？寡趸芰^高的高溫零件。 時效強化類鎳基合金用來

24、制造既承受很高溫度又承受很高應力的重要零件，時效強化類鎳基合金用來制造既承受很高溫度又承受很高應力的重要零件，如渦輪葉片。如渦輪葉片。 高溫鎳基鑄造合金，用于制造工作溫度在高溫鎳基鑄造合金，用于制造工作溫度在900-950的導向葉片或渦輪葉片。的導向葉片或渦輪葉片。 鎳基合金的典型顯微組織如圖所示?？梢钥闯?，合金的顯微組織隨合金強度的鎳基合金的典型顯微組織如圖所示?？梢钥闯?，合金的顯微組織隨合金強度的提高而演變的情況。由固溶強化的單相奧氏體（晶界有少量碳化物）演變?yōu)橐蕴岣叨葑兊那闆r。由固溶強化的單相奧氏體（晶界有少量碳化物）演變?yōu)橐?相強化的多相合金。相強化的多相合金。 圖圖a)為固溶強化合

25、金；圖為固溶強化合金；圖b)、c)為為 相強化變形合金；相強化變形合金；d)、e)、f)為為鑄造合金組織。對于固溶強化合金，鑄造合金組織。對于固溶強化合金，隨著合金強度的提高，合金強化元素隨著合金強度的提高，合金強化元素的飽和度不斷提高，在長期時效后會的飽和度不斷提高，在長期時效后會有新相析出。以金屬間化合物強化的有新相析出。以金屬間化合物強化的合金，隨合金強度的提高，合金，隨合金強度的提高， 相強化相強化的變化包括：的變化包括： 強化相數(shù)量由約強化相數(shù)量由約10%增加到增加到6070%； 相形態(tài)由球形逐相形態(tài)由球形逐步變?yōu)榱⒎叫?，尺寸逐步變粗，步變?yōu)榱⒎叫?，尺寸逐步變粗?相相組成中也會含有

26、更多的難熔元素。隨組成中也會含有更多的難熔元素。隨著合金化程度的進一步提高，組織中會出現(xiàn)（著合金化程度的進一步提高，組織中會出現(xiàn)（ + ）共晶相。）共晶相。四、鈷基高溫合金四、鈷基高溫合金 鈷是我國的稀缺元素，因此，限制發(fā)展和使用鈷基合金。但由于鈷基合金具有鈷是我國的稀缺元素，因此，限制發(fā)展和使用鈷基合金。但由于鈷基合金具有熱腐蝕抗力、熱疲勞抗力和高的機械疲勞強度，在國外還是得到了廣泛應用。它主熱腐蝕抗力、熱疲勞抗力和高的機械疲勞強度，在國外還是得到了廣泛應用。它主要用于溫度高、熱沖擊大、應力低、燃氣腐蝕嚴重的場合，要用于溫度高、熱沖擊大、應力低、燃氣腐蝕嚴重的場合，如航空發(fā)動機導向葉如航空發(fā)

27、動機導向葉片，特別是工業(yè)燃氣輪機和艦船燃氣輪機的一級獲二級導向葉片。片，特別是工業(yè)燃氣輪機和艦船燃氣輪機的一級獲二級導向葉片。 鈷基合金中包含有復雜的元素，鈷基合金中包含有復雜的元素，如鎳、鉻、鉭、鈮、鎢、鉬、碳、鋯、鑭等。如鎳、鉻、鉭、鈮、鎢、鉬、碳、鋯、鑭等。鈷基合金的主要強化手段是碳化物，其次是固溶強化。鈷基合金的主要強化手段是碳化物，其次是固溶強化。因此，鈷基合金中含碳量較因此，鈷基合金中含碳量較高。鎳是穩(wěn)定高。鎳是穩(wěn)定 基體的元素，鈮、鎢、鉬、碳、鋯是固溶強化元素，也是碳化物形基體的元素，鈮、鎢、鉬、碳、鋯是固溶強化元素，也是碳化物形成元素。成元素。Cr固溶于基體，提供良好抗熱腐蝕和

28、抗氧化能力，同時形成強化相。固溶于基體，提供良好抗熱腐蝕和抗氧化能力，同時形成強化相。 鈷基合金的組織是鈷基合金的組織是 基體加上各類碳化物，碳化物是強化相?；w加上各類碳化物，碳化物是強化相。鈷基合金硬度較鈷基合金硬度較高、難于進行切削加工和壓力加工。航空上多以鑄造成型來生產(chǎn)此類合金的渦輪葉高、難于進行切削加工和壓力加工。航空上多以鑄造成型來生產(chǎn)此類合金的渦輪葉片或?qū)蛉~片，大部分為鑄態(tài)使用，不進行熱處理。片或?qū)蛉~片，大部分為鑄態(tài)使用，不進行熱處理。第六節(jié)、鑄第六節(jié)、鑄 鐵鐵 鑄鐵是碳量大于鑄鐵是碳量大于2.11%，并含有一定量，并含有一定量Si、Mn及少量及少量S、P等雜質(zhì)的鐵碳合金。等

29、雜質(zhì)的鐵碳合金。 鑄鐵是重要的機械制造材料之一，一般在農(nóng)業(yè)機械中鑄鐵約占鑄鐵是重要的機械制造材料之一，一般在農(nóng)業(yè)機械中鑄鐵約占40%以上的比以上的比例，在汽車、拖拉機等中可占例，在汽車、拖拉機等中可占50%左右的比例，而在機床中占到左右的比例，而在機床中占到50%以上。以上。一、鑄鐵的性能一、鑄鐵的性能 和鋼相比，鑄鐵具有下列性能特點：和鋼相比，鑄鐵具有下列性能特點： 1、優(yōu)良的鑄造性能、優(yōu)良的鑄造性能 鑄鐵含碳量高（鑄鐵含碳量高（2.5%4.0%），成分接近共晶點，熔點比鋼低得多，所以流），成分接近共晶點，熔點比鋼低得多，所以流動性好、收縮量小，可簡化鑄造工藝和減少鑄件的內(nèi)應力，易于鑄造形狀

30、復雜、薄動性好、收縮量小，可簡化鑄造工藝和減少鑄件的內(nèi)應力，易于鑄造形狀復雜、薄壁的鑄件。壁的鑄件。 2、良好的切削加工性、良好的切削加工性 由于鑄鐵中的碳大部分是石墨形態(tài)存在的，石墨易使切削脆斷，同時石墨本身由于鑄鐵中的碳大部分是石墨形態(tài)存在的，石墨易使切削脆斷，同時石墨本身的潤滑作用也減輕了刀具的磨損，從而提高了切削加工性。的潤滑作用也減輕了刀具的磨損，從而提高了切削加工性。 3、優(yōu)良的耐磨性和消震性、優(yōu)良的耐磨性和消震性 鑄鐵中有石墨存在，利于潤滑和儲油，同時可以通過調(diào)整化學成分和冷卻速度鑄鐵中有石墨存在，利于潤滑和儲油，同時可以通過調(diào)整化學成分和冷卻速度來提高其耐磨性。來提高其耐磨性。

31、 鑄鐵的消震能力特別強。所謂消震性是指金屬將震動轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿囊环N能力。鑄鐵的消震能力特別強。所謂消震性是指金屬將震動轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿囊环N能力。鑄鐵組織中石墨片愈多，愈粗大，消震性越好。鑄鐵組織中石墨片愈多，愈粗大，消震性越好。4、機械性能低、機械性能低 鑄鐵的抗拉強度、尤其是塑性較低。鑄鐵中石墨的強度和塑性與鋼相比幾乎為鑄鐵的抗拉強度、尤其是塑性較低。鑄鐵中石墨的強度和塑性與鋼相比幾乎為零，因此可將鑄鐵看作是布滿空洞的鋼。當鑄鐵與鋼的基體組織相同時，則石墨的零，因此可將鑄鐵看作是布滿空洞的鋼。當鑄鐵與鋼的基體組織相同時，則石墨的尺寸越大，形狀越接近片狀，且數(shù)量越多時，則基體遭受割裂的程度越嚴重，其

32、抗尺寸越大，形狀越接近片狀，且數(shù)量越多時，則基體遭受割裂的程度越嚴重，其抗拉強度和塑性則越低，如灰口鑄鐵。拉強度和塑性則越低，如灰口鑄鐵。 5、灰口鑄鐵在、灰口鑄鐵在600以上反復加熱時，會出現(xiàn)所謂的以上反復加熱時，會出現(xiàn)所謂的“長大長大”現(xiàn)象，即體積不斷現(xiàn)象，即體積不斷增大的現(xiàn)象。增大的現(xiàn)象。這是由于灰口鑄鐵在這是由于灰口鑄鐵在600以上反復加熱時，組織中的滲碳體發(fā)生石以上反復加熱時，組織中的滲碳體發(fā)生石墨化易伴生體積增大（石墨的比容比滲碳體大墨化易伴生體積增大（石墨的比容比滲碳體大3.5倍）。同時，在反復加熱和冷卻倍）。同時，在反復加熱和冷卻過程中石墨片會產(chǎn)生裂縫，氣體沿裂縫進入內(nèi)部，使過

33、程中石墨片會產(chǎn)生裂縫，氣體沿裂縫進入內(nèi)部，使Si等氧化，形成等氧化，形成SiO2等氧化物等氧化物而使體積增大。鑄鐵一旦發(fā)生長大，其機械性能急劇下降，并產(chǎn)生龜裂和翹曲。而使體積增大。鑄鐵一旦發(fā)生長大，其機械性能急劇下降，并產(chǎn)生龜裂和翹曲。二、鑄鐵的組織二、鑄鐵的組織 鑄鐵組織基本上是由鋼的基體和石墨所組成。鑄鐵中石墨的形成過程鑄鐵組織基本上是由鋼的基體和石墨所組成。鑄鐵中石墨的形成過程稱為石墨化過程。石墨化程度不同，將具備不同的性能。影響鑄鐵石墨化稱為石墨化過程。石墨化程度不同，將具備不同的性能。影響鑄鐵石墨化的因素很多，其中以化學成分和冷卻速度的影響最顯著。的因素很多，其中以化學成分和冷卻速度

34、的影響最顯著。 1、化學成分對石墨化的影響、化學成分對石墨化的影響 鑄鐵中凡是含有削弱原子結合力或者是增加鐵原子自擴散能力的元素，鑄鐵中凡是含有削弱原子結合力或者是增加鐵原子自擴散能力的元素，都可促進石墨化；反之，則阻礙石墨化。因此，都可促進石墨化；反之，則阻礙石墨化。因此，鑄鐵中常見合金元素，按鑄鐵中常見合金元素，按其對石墨化的影響程度，分為促進石墨化元素和阻礙石墨化元素兩類。其對石墨化的影響程度，分為促進石墨化元素和阻礙石墨化元素兩類。 在常見的合金元素在常見的合金元素Al、C、Si、Ti、Ni、Cu、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、Mo、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B中，中，Nb對鑄

35、鐵的石墨化呈中對鑄鐵的石墨化呈中性，性，Nb的右邊為阻礙石墨化元素，的右邊為阻礙石墨化元素，Nb的左邊為促進石墨化元素。的左邊為促進石墨化元素。 鑄鐵中最常見的五大元素鑄鐵中最常見的五大元素C、Si、Mn、P、S，其中以，其中以C、Si含量最含量最多，對石墨化影響最大。多，對石墨化影響最大。 因因Si與與Fe原子的結合力很強，并溶于鐵，削弱了鐵碳原子間的結合原子的結合力很強，并溶于鐵，削弱了鐵碳原子間的結合力，同時力，同時Si在滲碳體中具有分解滲碳體的能力，使之形成游離的碳，從而在滲碳體中具有分解滲碳體的能力，使之形成游離的碳，從而促進了石墨化。碳是形成石墨化的主要元素，鑄鐵中含碳量愈高，鐵水

36、中促進了石墨化。碳是形成石墨化的主要元素，鑄鐵中含碳量愈高，鐵水中的碳增加，越容易形成石墨晶核，促進了石墨化。的碳增加，越容易形成石墨晶核，促進了石墨化。 所以鑄鐵中所以鑄鐵中C、Si含量越多，越易于獲得具有較多石墨的灰口鑄鐵；反含量越多，越易于獲得具有較多石墨的灰口鑄鐵；反之，則易于獲得白口鑄鐵。之，則易于獲得白口鑄鐵。 2、冷卻速度對石墨化的影響、冷卻速度對石墨化的影響 當鑄件的化學成分一定時，鑄件從共晶溫度下降到低于共析溫度期間的當鑄件的化學成分一定時，鑄件從共晶溫度下降到低于共析溫度期間的冷卻速度，是決定鑄鐵組織和石墨化的因素。當快速冷卻時，石墨來不及冷卻速度，是決定鑄鐵組織和石墨化的

37、因素。當快速冷卻時，石墨來不及析出，會得到白口鑄鐵；反之，會得到粗大石墨的灰口鑄鐵。析出，會得到白口鑄鐵；反之，會得到粗大石墨的灰口鑄鐵。三、常用的鑄鐵三、常用的鑄鐵 工業(yè)常用的鑄鐵可分為：灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和合金鑄鐵等。工業(yè)常用的鑄鐵可分為：灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和合金鑄鐵等。 1、灰口鑄鐵、灰口鑄鐵 灰口鑄鐵的組織是由片狀石墨和鋼基體組成。按其基體的不同，可分為鐵素體灰口鑄鐵的組織是由片狀石墨和鋼基體組成。按其基體的不同，可分為鐵素體灰口鑄鐵、鐵素體灰口鑄鐵、鐵素體-珠光體灰口鑄鐵、以及珠光體灰口鑄鐵。如圖珠光體灰口鑄鐵、以及珠光體灰口鑄鐵。如圖3-14所示。所示。其其中，

38、以珠光體灰口鑄鐵的性能最好。中，以珠光體灰口鑄鐵的性能最好。 石墨片的粗細也直接影響鑄鐵的性能，具有粗大片狀石墨的灰口鑄鐵，其機械石墨片的粗細也直接影響鑄鐵的性能，具有粗大片狀石墨的灰口鑄鐵，其機械性能顯著下降。若在鑄鐵的石墨化過程中，加入少量促進石墨化元素（如在澆注前性能顯著下降。若在鑄鐵的石墨化過程中，加入少量促進石墨化元素（如在澆注前的鐵水中加入少量硅鐵、硅鈣等孕育劑）進行孕育處理，則可獲得細片狀石墨的的的鐵水中加入少量硅鐵、硅鈣等孕育劑）進行孕育處理，則可獲得細片狀石墨的的灰口鑄鐵，叫做孕育鑄鐵，其機械性能得到顯著改善?；铱阼T鐵，叫做孕育鑄鐵，其機械性能得到顯著改善。 我國灰鑄鐵的牌號表示方法：我國灰鑄鐵的牌號表示方法：“HT”表示灰鐵，后面的數(shù)字表示最低抗拉強度，表示灰鐵